技術資料

沿岸施設に近づく海氷下面の形状と挙動の計測手法について
岸寛人＊

山口和哉＊＊ 五十嵐匡＊＊＊

１．はじめに
寒冷海域においては、近年の気候変動により海氷が減少することで、海氷の移動速度の増加や運動の活発化に影響を与え、港湾・漁港構造物の劣化を促進させることが懸念されている。
沿岸施設と海氷の接触や衝突による劣化や損傷を評価するには、海氷の挙動や伝達荷重などを推定する手法の確立が必要である１）。伝達荷重は海氷に風や水流などの流体力が作用し、海氷塊を通じて施設に及ぼす力であるが、この流体力は海氷下面の凹凸形状等に支図－１

マルチビームソーナー設置向き２）配される 。よって、海氷の衝突等が沿岸施設に与える影響を詳細に分析するためには、その立体的な形状や挙動の把握が必要である。

海底付近にソーナーヘッドを設置するために、平成23年度は岸壁から張り出した計測台からソーナーヘッ

そこで本研究では、これらのデータを効率的に取得

ドと補助計測機器を取り付けたポール（アルミ製 φする方法を検討した。平成25年２月、北海道斜里町ウ

45mm、図－２）を海中へ下ろし、それを手動で回転トロ漁港にて海氷下面計測試験を行い、その結果からさせ計測を行った（図－３）４）。しかし海氷の挙動を計海氷塊の形状および挙動を確認したので報告する。

測するためには、多数の海氷塊が浮遊する海中にポールを下ろす必要があり、ポールに海氷塊が衝突し破損することが想定された。図－４は計測台付近に浮遊し２．海氷下面計測ていた幅２～３m の海氷塊であるが、このような海２．１

計測方法の検討氷塊が多数浮遊しており、計測が困難であった。

本計測では海氷下面形状を計測する装置として、深浅測量で広く利用されているマルチビームソーナーを使用した。マルチビームソーナーとは、船の下から海底に向けて左右放射状に指向性の鋭い音響ビームを多数配列し（送波ファンビーム）、船の進行とともに一度に多数点の水深を測る装置であり３）、通常の深浅測量（a）のようにビームが照射される。一方、
では図－１
本計測では、送波ファンビームの中心が真上から60度傾いた方向に向く状態で海底に設置し、鉛直軸周りに180度回転させることで、海氷の下面形状を計測した
（b）
（図－１）
。

図－２

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計測機器取付状況（平成23年度）
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図－３

海氷面へのポール投入（平成23年度）

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図－５

図－４

計測方法（平成24年度）

計測台付近にて採取した海氷（平成22年度）

そこで平成24年度は、電動パンチルト装置にソーナーヘッドを取り付け海底に設置する方法を検討した。
また、各機器の電源及び制御ケーブルは、陸上から海中部の機器へ接続しているため、海氷の衝突から保護できる構造とした（図－５）。計測装置はワイヤーロープで吊り下げて海底に直置きする。今回の計測箇所の海底面は捨石を敷き詰めた基礎マウンドであったが、設計基準上の不陸は５cm 以下であり、この程度であれば海底への設置時に架台がわずかに傾斜することがあっても計測に影響はない。
２．２

計測装置

計測装置はソーナーヘッド、パンチルト装置及びその他計測機器から成り、これらが水流に耐えられるよ
うにコンクリート製の架台に固定した（図－６）。全ての計測機器は４つのキャスタが付いたターンテーブル上に取り付けられており、パンチルト装置により鉛直軸周りに回転する。このためパンチルト装置は全ての

図－６

計測装置

機器の重量を支える必要がなく、小型のものを使用できる。また、ケーブル保護用架台を上部工に据え付け、コンクリートブロックを載せて固定した（図－７）。

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・クレーン装置付トラック（12t 車、2.9t 吊）・コンクリートブロック（約２t）（３）計測装置設置方法
以下に、計測装置の設置方法を示す。
・海中へ計測装置を投入するため、バックホウにて計測装置投入箇所（2.0×2.0m 程度）を砕氷し海氷を取り除く。
・水中カメラにて海底部に障害物がないか確認する。
・開口部より装置を投入・設置する（図－９）。
・ケーブル位置に合わせてケーブル保護用架台を上部工に設置する。固定用のコンクリートブロックを架台に載せて固定する。
・保護用ケースの蓋（鉄板）を上部よりスライドさせて前面部を遮蔽する。
なお、計測装置の回収時にもソーナーヘッド及び補助計測機器の損傷を防ぐため砕氷を行った。
また、機械能力についての留意点を以下に示す。
・計測装置はワイヤーロープで吊って海中へ投入するが、水深に応じた揚程を有するクレーン装置を使用する必要がある。
図－７ケーブル保護用架台

・今回使用したクレーン装置が約0.9t の計測装置を吊ることができる作業半径は約7.0m で、この時の揚程は約10.8m となる。

２．３

・計測時は不測の事態に備えバックホウを近接に配置試験概要した。
試験概要を以下に示す。

また、計測装置の設置状況は、ターンテーブルに取り付けた傾斜計で確認した。

（１）
計測場所等
・試験場所：ウトロ漁港－5.0m 岸壁（北海道斜里郡斜里町ウトロ、図－８）・試験実施期間：平成25年２月13 ～ 15日（３日間）（２）
使用機器・機械等
主な計測機器は以下のとおり。
・マルチビームソーナー（SEABAT8125、RESON 社）
・モーションセンサ（DMS2-05、Teledyne TSS 社）
・磁気方位センサ（Heading Smart Sensor C100 type、Applied Microsystems 社）
・RTK-GPS（BASE-MS750、ROVER-BD750、Trimble 社）
・音速度計（SVPS、AML 社）

図－８

試験場所

・２軸傾斜センサ（NS-30/DMG-2、Measurement
Specialties 社）
・パンチルト装置（PT-25-FB、ROS 社）
また、砕氷、計測装置・ケーブル保護用架台の設置・撤去に使用した機械等は以下のとおりである。
・バックホウ（山積0.8m3級）
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・データ収録・処理ソフトウェア（HYPACK）を用いて、生データから明確な多重反射やノイズ等を除去することで、点群データ（X，Y，Z 座標）を作成した。
・計測前に、海中の音波の伝搬速度を補正するため、音速度計により音速を計測した。
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図－10
図－９

海氷下面の凹凸形状計測装置の海中への投入
２．５２．４ർ

計測方法

データ解析

（１）海氷下面形状の把握
取得した海氷下面形状の点群データの一例を図－10

計測方法は以下のとおりである。に示す。計測期間中、港内の海氷塊は少なかったが、・SEABAT8125を上向きから60度傾け回転計測。

前年度の手動回転計測に替わり、パンチルト装置を使・海氷が動き始めたら、５分毎に計測し、港内の海氷用したことで回転角速度が一定となり、均一な密度のがなくなるまで、または、海氷の動きが停止したとデータを取得することができた。

判断されるまで行う。

（２）海氷の挙動の把握

・実施日時：平成25年２月13日、11:52から５分毎に17回計測（13:12迄）・機器設定：SEABAT8125（周波数：455kHz、レンジ35m、スワス幅：120度）

一定時間間隔で計測した海氷の位置座標の変化を利用して海氷の移動速度を算出した。解析に使用したデータは当日の11:52から55分間計測したものである。
まず、点群データから三角メッシュデータを作成す

・データ取得時回転速度：１deg/s（初期位置（岸壁る。海氷塊の断面形状は任意水深の水平断面であるが、を背にしたときに送波ファンビームが右に出る方向）

比較的大きな断面積が得られる海面付近の断面とし、から反時計回りに180度回転するまでデータを取得、個々の海氷塊の外周形状を認識した（図－11）。このとその後初期位置まで戻す間は４deg/s で時計回りにき、時間変化する潮位を考慮し断面位置が水面に対し回転）て同一となるよう配慮した。計測中の潮位変動は約

なお、データ取得及び処理にあたっては以下の点に10cm であった。この作業を各時刻に取得したデータ留意した。

に対して行い、解析ソフトウェア上で時刻ごとにレイ・計測方向を把握するために磁気方位センサを使用しヤ化した。

たが、構造物等から磁気の影響を受ける場合はパン次に計測範囲内の特徴のある任意の海氷塊を抽出

チルト装置より出力された回転角のデータを使用すし、各海氷塊の中心の軌跡を求めることで挙動を確認る。

した（図－12）。これにより各時間における位置の変化

14

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から、速度、方向が把握できることを確認した。
ർ３．まとめጯო㩷

音響計測技術を利用した沿岸施設に近づく海氷の計測技術の開発では、パンチルト装置を用いた回転計測機構により一定の回転速度で海氷下面計測を行い、均一な密度のデータを取得し、港内を浮遊する海氷の形状、移動距離、速度等を把握できることを確認した。
海象が穏やかだったため、岸壁に衝突するような海氷の挙動の計測はできなかったが、今後は様々な条件下での適用性や装置の耐久性についても検討を行う予定である。
本試験の実施にあたり、多大なご協力をいただいた
北海道開発局網走開発建設部網走港湾事務所および室図－11

海氷断面の外周形状（赤枠は計測範囲）

蘭開発建設部苫小牧港湾事務所の関係各位には、ここに記して感謝申し上げる。
参考文献
１）木岡信治、竹内貴弘：氷群下面の凹凸を考慮したアイスブームへの伝達荷重に関する基礎的研究、
第36回海洋開発シンポジウム、2011.
２）上田俊也、佐伯浩、山下俊彦、村木義男、榎国夫：
浮氷盤に作用する流体力に関する実験的研究、海洋開発論文集、Vol. 8、1992.
３）海洋音響学会編：海洋音響の基礎と応用、pp.159160、2009.
４）五十嵐匡、岸寛人、山口和哉、浅田昭：寒冷海域における沿岸施設に近づく海氷の計測技術について、第23回海洋工学シンポジウム、2012.
図－12

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海氷塊の軌跡（矢印の向き・大きさはそれぞれ海氷の移動方向・移動量を、数値は計測時刻を表す）

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岸寛人＊

KISHI Norihito
寒地土木研究所
技術開発調整監付寒地機械技術チーム
研究員

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山口和哉＊＊YAMAGUCHI Kazuya
寒地土木研究所
技術開発調整監付寒地機械技術チーム
主任研究員

五十嵐匡＊＊＊

IGARASHI Tadashi
北海道開発局
留萌開発建設部施設整備課
施設整備専門官（前寒地機械技術チーム研究員）

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